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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems, welches an oder in einem Kraftfahrzeug montiert ist, wobei mittels des Sensorsystems eine Position einer statischen Referenzstruktur bezüglich des Kraftfahrzeugs wiederholt bestimmt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium.
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Aktive optische Sensorsysteme, wie beispielsweise Lidarsysteme, können an oder in Kraftfahrzeugen montiert werden, um vielfältige Funktionen elektronischer Fahrzeugführungssysteme oder Fahrerassistenzsysteme zu realisieren. Diese Funktionen beinhalten Abstandsmessungen, Abstandsregelalgorithmen, Spurhalteassistenten, Objektverfolgungsfunktionen und so weiter. Abweichungen einer Einbauposition oder Orientierung des Sensorsystems von einer nominalen Position oder Orientierung beeinflussen die Genauigkeit der Messwerte beziehungsweise deren Interpretation und Auswertung und damit die Zuverlässigkeit und Robustheit der entsprechenden Funktionen. Daher ist es erforderlich, das aktive optische Sensorsystem zu kalibrieren, um entsprechende Orientierungs- oder Positionsabweichungen kompensieren zu können.
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Im Dokument
US 2016/0209211 A1 wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Fehlausrichtung eines Objektsensors beschrieben. Dabei werden Sensormesswerte erfasst und basierend darauf wird ermittelt, ob sich das Fahrzeug auf einer geraden Linie bewegt. Ist dies der Fall, werden Messpunkte eines Objekts erfasst und basierend auf diesen wird die Sensorfehlerausrichtung bestimmt.
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Dadurch kann die Fehlausrichtung des Sensors nur in einer beschränkten Zahl von Situationen bestimmt werden, nämlich wenn sich das Fahrzeug auf einer geraden Linie bewegt. Die Anzahl der zur Verfügung stehenden Messpunkte, beziehungsweise die Häufigkeit, mit der die Kalibrierung durchgeführt werden kann, beeinflusst jedoch maßgeblich die Genauigkeit der Kompensation der Orientierungs- oder Positionsabweichungen. Daher ist die Einschränkung des Verfahrens auf geradlinige Bewegungen des Kraftfahrzeugs nachteilhaft.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Abschätzen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems anzugeben, das eine genauere Kalibrierung bezüglich des Gierwinkels ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, mittels eines aktiven optischen Sensorsystems eines Kraftfahrzeugs eine Trajektorie einer statischen Referenzstruktur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs zu bestimmen und, falls sich diese Trajektorie ausreichend gut durch einen Kreis oder eine Gerade nähern lässt, die Gierwinkellage basierend auf einer Orientierung einer Zentralen des Kreises in einem Sensorkoordinaten-system zu bestimmen.
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Gemäß einem unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum Abschätzen einer Gierwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems, welches an oder in einem Kraftfahrzeug montiert ist, angegeben. Mittels des Sensorsystems wird eine Position einer statischen Referenzstruktur, insbesondere einer statischen Referenzstruktur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, bezüglich des Kraftfahrzeugs wiederholt ermittelt. Mittels einer Recheneinheit des Kraftfahrzeugs werden basierend auf der wiederholt bestimmten Position Koordinaten einer Trajektorie der Referenzstruktur in einem Sensorkoordinatensystem, insbesondere des Sensorsystems, bestimmt. Mittels der Recheneinheit wird ein Kreis konstruiert, auf dem die Koordinaten der Trajektorie der Referenzstruktur wenigstens näherungsweise liegen. Mittels der Recheneinheit wird ein Gierwinkel des Sensorsystems basierend auf einer Orientierung einer Zentralen des Kreises in dem Sensorkoordinatensystem bestimmt, wenn, insbesondere nur dann, wenn eine Abweichung des Kreises von den Koordinaten ein vorgegebenes Fehlerkriterium erfüllt.
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Das wiederholte Bestimmen der Position der Referenzstruktur bezüglich des Kraftfahrzeugs beinhaltet insbesondere das Bestimmen der Position der Referenzstruktur zu mindestens drei Zeitpunkten beziehungsweise Zeiträumen während der Fahrt des Kraftfahrzeugs. Die Zeitpunkte beziehungsweise Zeiträume entsprechen dabei insbesondere aufeinanderfolgenden Messzeiträumen oder Frames des Sensorsystems.
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Insbesondere bewegt sich das Kraftfahrzeug während der wiederholten Bestimmung der Position der Referenzstruktur bezüglich der Referenzstruktur.
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Dass es sich bei der Referenzstruktur um eine statische Referenzstruktur handelt, bedeutet insbesondere, dass sich die Referenzstruktur bezüglich eines Fahrbahnkoordinatensystems oder eines Umgebungskoordinatensystems der Umgebung nicht bewegt. Das Fahrbahnkoordinatensystem beziehungsweise Umgebungskoordinatensystem ist dabei starr mit der Fahrbahn beziehungsweise der Umgebung verbunden und daher auch starr mit dem statischen Objekt verbunden.
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Daraus folgt, dass die Bewegung der Referenzstruktur bezüglich des Kraftfahrzeugs in dem Sensorkoordinatensystem der Bewegung des Kraftfahrzeugs in dem Umgebungskoordinatensystem entspricht.
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Bei dem Sensorkoordinatensystem handelt es sich dabei insbesondere um ein starr mit dem Sensorsystem, also auch mit dem Kraftfahrzeug, verbundenes Koordinatensystem.
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Das Konstruieren des Kreises kann insbesondere das Bestimmen des Radius des Kreises und das Bestimmen von Koordinaten eines Kreismittelpunkts des Kreises beinhalten.
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Der Begriff „Kreis“ beinhaltet als Grenzfall für unendlichen Kreisradius auch eine gerade Linie. Unter einer geraden Linie kann hier und im Folgenden eine Gerade oder ein Teil einer Geraden, insbesondere ein endlicher Teil einer Geraden, verstanden werden.
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Unter der Zentralen des Kreises kann eine Gerade verstanden werden, die durch den Kreismittelpunkt verläuft. Es handelt sich also um einen Spezialfall einer Sekante des Kreises.
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Im Grenzfall eines Kreises mit unendlichem Kreisradius, also falls der Kreis näherungsweise der geraden Linie entspricht, kann daher jede auf der geraden Linie senkrecht stehende Gerade als Zentrale verstanden werden.
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Das Fehlerkriterium kann beispielsweise durch die Abweichung des Kreises von den Koordinaten der Trajektorie erfüllt sein, wenn die Abweichung beziehungsweise eine oder mehrere Kennzahlen für die Abweichung kleiner ist beziehungsweise sind als ein oder mehrere zugehörige vorgegebene Fehlergrenzwerte.
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Da es sich bei der Referenzstruktur um eine statische Referenzstruktur handelt, ist eine Gierrate des Kraftfahrzeugs per Konstruktion proportional zu dem inversen Radius des Kreises. Bewegt sich die statische Referenzstruktur in dem Sensorkoordinatensystem auf einer geraden Linie, also einem Kreis mit unendlichem Kreisradius, so ist die Gierrate gleich Null. Bewegt sich die Referenzstruktur dagegen auf einer Kreisbahn mit einem endlichen Kreisradius, so ist die Gierrate größer als Null.
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Die Orientierung der Zentralen in dem Sensorkoordinatensystem ist insbesondere gegeben durch einen Winkel, den die Zentrale mit einer vorgegebenen Richtung in dem Sensorkoordinatensystem einschließt.
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Hier und im Folgenden kann ein aktives optisches Sensorsystem dadurch als solches definiert sein, dass es eine Sendeeinheit mit einer Lichtquelle aufweist, insbesondere zum Aussenden von Licht beziehungsweise Lichtpulsen. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem eine Empfangseinheit mit mindestens einem optischen Detektor auf, insbesondere zum Erfassen von Licht oder Lichtpulsen, insbesondere reflektierter Anteile des ausgesendeten Lichts. Das aktive optische Sensorsystem ist insbesondere dazu eingerichtet, basierend auf dem detektierten Licht eines oder mehrere Sensorsignale zu erzeugen und zu verarbeiten und/oder auszugeben.
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Hier und im Folgenden kann der Begriff „Licht“ derart verstanden werden, dass damit elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich und/oder im ultravioletten Bereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff „optisch“ derart verstanden werden, dass er sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
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Das Licht, welches von dem aktiven optischen Sensorsystem ausgesendet wird, kann insbesondere infrarotes Licht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 905 nm, ungefähr 905 nm, 1.200 nm oder ungefähr 1.200 nm beinhalten. Diese Wellenlängenangaben können sich dabei jeweils auf einen Wellenlängenbereich mit einer breiteren Verteilung beziehen, welche für die entsprechende Lichtquelle typisch ist.
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Im vorliegenden Fall des aktiven optischen Sensorsystems kann es sich bei der Lichtquelle beispielsweise um eine Laserlichtquelle handeln. Die genannten Wellenlängen können, im Rahmen üblicher Toleranzen, beispielsweise Peakwellenlängen des Laserspektrums entsprechen.
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Das Sensorsystem kann beispielsweise eine Ablenkvorrichtung, beispielsweise mit einem beweglichen oder drehbar gelagerten Spiegel, beinhalten, mittels der von der Sendeeinheit erzeugtes Licht kontrolliert abgelenkt werden kann. In alternativen Ausführungsformen kann die Ablenkvorrichtung ein um eine oder zwei Achsen kipp- oder schwenkbares Spiegelelement zum Ablenken des Lichts in der Sendeebene aufweisen. Das Spiegelelement kann beispielsweise als mikroelektromechanisches System, MEMS, ausgestaltet sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Ablenkvorrichtung kann zudem auch zum Ablenken des reflektierten Lichts dienen, sodass das reflektierte Licht auf einen oder mehrere der Detektoren der Empfangseinheit geleitet wird. In alternativen Ausführungsformen kann eine weitere Ablenkvorrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise analog zur Ablenkvorrichtung ausgestaltet ist, um das reflektierte Licht entsprechend abzulenken und auf die Detektoren zu leiten.
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Insbesondere entspricht eine Longitudinalachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine x-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, einer Aussenderichtung der Lichtstrahlen bei einem Aussendewinkel von Null Grad, also beispielsweise einer Neutralstellung der Ablenkvorrichtung. Die Ablenkvorrichtung kann von der Neutralstellung abweichende Stellungen einnehmen, um das Licht abzulenken, sodass es innerhalb einer Sendeebene aus dem Sensorsystem austritt.
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Eine Querachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine y-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, liegt innerhalb der Sendeebene und steht beispielsweise senkrecht auf der Longitudinalachse, welche per Konstruktion ebenfalls innerhalb der Sendeebene liegt. Eine Normalachse des Sensorsystems steht senkrecht auf der Longitudinalachse und der Querachse des Sensorsystems. Die Normalachse des Sensorsystems definiert beispielsweise eine z-Achse des Sensorkoordinatensystems.
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Mit anderen Worten ist eine Blickrichtung oder Aussenderichtung des Sensorsystems bei Neutralstellung der Ablenkvorrichtung gleich der x-Achse des Sensorkoordinatensystems. Die Sendeebene ist durch die x-y-Ebene des Sensorkoordinatensystems gegeben. Das Sensorsystem kann Licht mit unterschiedlichen Aussendewinkeln innerhalb der Sendeebene aussenden.
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Eine Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine x-Achse eines Fahrzeugkoordinatensystems definiert, ist beispielsweise gegeben durch eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Neutralstellung eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs oder bei einem Lenkwinkel, insbesondere einem Radwinkel oder einem Lenkradwinkel, des Kraftfahrzeugs von Null Grad.
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Eine Querachse des Kraftfahrzeugs steht senkrecht auf der Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs und liegt in einer Ebene, die parallel zur Fahrbahn ist, beziehungsweise parallel zu einer Ebene, innerhalb der Auflagepunkte der Räder des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn liegen. Die Querachse definiert insbesondere eine y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems. Eine Normalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems definiert, steht senkrecht auf der Longitudinalachse und auf der Querachse des Kraftfahrzeugs.
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Eine Gesamtwinkellage des Sensorsystems kann beispielsweise durch die Gierwinkellage, eine Nickwinkellage sowie eine Rollwinkellage des Sensorsystems definiert sein. Dabei sind der Gierwinkel, ein Nickwinkel und ein Rollwinkel des Sensorsystems als Rotationswinkel oder Eulerwinkel des Sensorkoordinatensystems bezüglich eines nominalen Sensorkoordinatensystems nach einer vorgegebenen Konvention definiert.
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Die Konvention kann beispielsweise derart sein, dass sich das Sensorkoordinatensystem aus dem nominalen Koordinatensystem durch die folgenden drei Rotationen ergibt, wobei davon ausgegangen wird, dass das Sensorkoordinatensystem und das nominale Sensorkoordinatensystem zunächst identisch sind: Das Sensorkoordinatensystem wird um den Gierwinkel um die z-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Nickwinkel um die resultierende y-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Rollwinkel um die resultierende x-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Andere Konventionen sind ebenfalls möglich.
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Falls der Rollwinkel und der Nickwinkel gleich Null sind, entspricht der Gierwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die z-Achse des nominalen Sensorkoordinatensystems.
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Die Gierwinkellage entspricht insbesondere einem Schätzwert oder Messwert für den Gierwinkel des Sensorsystems.
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Das nominale Sensorkoordinatensystem kann beispielsweise durch das Fahrzeugkoordinatensystem gegeben oder definiert sein. Insbesondere kann das nominale Sensorkoordinatensystem durch die Longitudinalachse, die Querachse und die Normalachse des Kraftfahrzeugs gegeben oder definiert sein.
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Dabei kann beispielsweise jede Koordinatenachse des nominalen Sensorkoordinatensystems parallel zu einer entsprechenden der Longitudinalachse, der Querachse und der Normalachse des Kraftfahrzeugs sein. Alternativ können die Koordinatenachsen des nominalen Sensorkoordinatensystems jeweils vordefinierte Winkel mit der Longitudinalachse, der Querachse und/oder der Normalachse des Kraftfahrzeugs einschließen.
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Dass das Sensorsystem an oder in dem Kraftfahrzeug montiert ist, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass das Sensorsystem an dem Kraftfahrzeug befestigt ist und kann insbesondere auch bedeuten, dass das Sensorsystem teilweise oder vollständig innerhalb des Kraftfahrzeugs verbaut ist. Dabei ist jedenfalls sichergestellt, dass die Sendeeinheit das Licht in die Umgebung des Kraftfahrzeugs außerhalb des Kraftfahrzeugs aussenden kann und die Empfangseinheit die reflektierten Anteile empfangen kann.
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Der nach dem beschriebenen Verfahren bestimmte Gierwinkel kann direkt als Schätzwert Gierwinkellage des Sensorsystems angesehen werden. Alternativ können die beschriebenen Schritte wiederholt werden und die entsprechend bestimmten verschiedenen Werte für den Gierwinkel können beispielsweise gemittelt werden, um die Gierwinkellage zu bestimmen. Die Abtastpunkte der Referenzstruktur wurden insbesondere alle mit demselben Detektor der Empfangseinheit erzeugt.
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Per Konstruktion entspricht der Gierwinkel näherungsweise einem Winkel, den die Querachse des Sensorkoordinatensystems mit einer Geraden einschließt, die den Kreis in demselben Punkt schneidet wie die Querachse des Sensorkoordinatensystems und die durch den Kreismittelpunkt verläuft.
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Dementsprechend kann die Zentrale, basierend auf deren Orientierung der Gierwinkel bestimmt wird, gleich der genannten Geraden sein. Alternativ kann eine andere Zentrale zur Berechnung verwendet werden und der Gierwinkel basierend auf der Orientierung durch entsprechende trigonometrische Berechnungen bestimmt werden.
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Nach dem verbesserten Konzept kann die Gierwinkellage des Sensorsystems mit Vorteil online, also während eines Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs, bestimmt werden. Insbesondere sind kein Kalibriertarget und keine definierte Kalibrierumgebung erforderlich, um die Gierwinkellage nach dem verbesserten Konzept zu bestimmen.
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Nach dem verbesserten Konzept kann die Gierwinkellage bestimmt werden, wenn sich das Kraftfahrzeug näherungsweise auf einer kreisförmigen oder kreisbogenförmigen Trajektorie bewegt. Im Grenzfall sehr großer Kreisradien schließt dies auch Trajektorien ein, die näherungsweise geradlinig sind. Dadurch wird die Anzahl der möglichen Messpunkte während des Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs erhöht. Entsprechend kann der Gierwinkel häufiger bestimmt werden und eine Kalibrierung bezüglich des Gierwinkels kann mit höherer Genauigkeit erfolgen, beispielsweise durch Mittelwertbildung.
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Indem die Abweichung des Kreises von den Koordinaten hinsichtlich des vorgegebenen Fehlerkriteriums berücksichtigt wird, kann sichergestellt werden, dass nur ausreichend „gute“ Trajektorien, also ausreichend gut durch einen Kreisbogen näherbare Trajektorien, zur Gierwinkelbestimmung herangezogen werden. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit sichergestellt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfüllt die Abweichung das vorgegebene Fehlerkriterium nur dann, wenn der Radius des Kreises größer oder gleich einem Minimalradius ist.
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Durch die resultierende Beschränkung auf ausreichend glatte Trajektorien wird die Gierwinkelbestimmung ebenfalls genauer.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit ein Winkel bestimmt wird, den die Zentrale mit einer Koordinatenachse des Sensorkoordinatensystems einschließt, insbesondere mit einer Querachse des Sensorsystems, um die Orientierung zu bestimmen und der Gierwinkel abhängig von dem Winkel bestimmt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform schneiden die Zentrale und die Koordinatenachse den Kreis in einem gemeinsamen Punkt. Mit anderen Worten schneidet die Koordinatenachse den Kreis in einem Schnittpunkt und die Zentrale schneidet den Kreis ebenfalls in dem Schnittpunkt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Schwerpunkttrajektorie des Kraftfahrzeugs, insbesondere in dem Umgebungskoordinatensystem, mittels der Recheneinheit und eines Fahrzeugzustandssensorsystems des Kraftfahrzeugs bestimmt. Mittels der Recheneinheit wird die Trajektorie des Kraftfahrzeugs mit der Trajektorie der Referenzstruktur verglichen und die Referenzstruktur wird abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs als statisches Objekt identifiziert.
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Die Schritte zur Identifizierung der Referenzstruktur als statisches Objekt erfolgen dabei insbesondere vor der Durchführung der Schritte zur Bestimmung des Gierwinkels basierend auf der Orientierung der Zentralen und insbesondere vor dem Konstruieren des Kreises. Insbesondere wird der Gierwinkel wie beschrieben nur dann basierend auf der Orientierung der Zentralen bestimmt, wenn die Referenzstruktur als statisches Objekt identifiziert wird.
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Wenn die Referenzstruktur eine statische ist, wenn sie also als statisches Objekt identifiziert wurde, kann mit ausreichender Genauigkeit von dem beschriebenen Zusammenhang zwischen Gierwinkel und der Orientierung der Zentralen ausgegangen werden.
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Das Fahrzeugzustandssensorsystem kann beispielsweise Messdaten erzeugen, anhand derer die Recheneinheit basierend auf odometrischen Schätzverfahren die Trajektorie des Kraftfahrzeugs näherungsweise bestimmt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels des Sensorsystems optisch abgetastet, um die Position der Referenzstruktur zu ermitteln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Sensorsystem als Lidarsystem ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird eine Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug angegeben. Die Sensorvorrichtung weist ein aktives optisches Sensorsystem zur Montage an oder in dem Kraftfahrzeug auf, wobei das Sensorsystem dazu eingerichtet ist, Abtastpunkte einer Referenzstruktur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs zu erzeugen. Die Sensorvorrichtung weist eine Recheneinheit auf, dazu eingerichtet, basierend auf den Abtastpunkten eine Position der Referenzstruktur bezüglich des Kraftfahrzeugs wiederholt zu bestimmen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf der wiederholt bestimmten Position Koordinaten einer Trajektorie der Referenzstruktur in einem Sensorkoordinatensystem zu bestimmen, einen Kreis zu konstruieren, auf dem die Koordinaten näherungsweise liegen und einen Gierwinkel des Sensorsystems basierend auf einer Orientierung einer Zentralen des Kreises in dem Sensorkoordinatensystem zu bestimmen, wenn eine Abweichung des Kreises von den Koordinaten ein vorgegebenes Fehlerkriterium erfüllt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, einen Winkel zu bestimmen, den die Zentrale mit einer Koordinatenachse des Sensorkoordinatensystems einschließt, um die Orientierung zu bestimmen und den Gierwinkel abhängig von dem Winkel zu bestimmen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform schneiden die Zentrale und die Koordinatenachse den Kreis in einem gemeinsamen Punkt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs mit der Trajektorie der Referenzstruktur zu vergleichen und die Referenzstruktur abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs als statisches Objekt zu identifizieren.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung ein Fahrzeugzustandssensorsystem auf, das dazu eingerichtet ist, die Trajektorie des Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
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Weitere Ausführungsformen der Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept ergeben sich direkt aus den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder die Sensorvorrichtung führt das Verfahren durch.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept angegeben.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben. Bei Ausführung des Computerprogramms durch eine Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept veranlassen die Befehle die Sensorvorrichtung dazu, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf welchem ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept gespeichert ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als erfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
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In den Figuren zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Sensorvorrichtung nach dem verbesserten Konzept;
- 2 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept;
- 3 Aspekte einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept;
- 4 Aspekte einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept; und
- 5 Aspekte einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 gezeigt, das eine Sensorvorrichtung 7 nach dem verbesserten Konzept aufweist.
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Die Sensorvorrichtung 7 weist ein aktives optisches Sensorsystem 2 auf, beispielsweise ein Lidarsystem. Das Sensorsystem 2 kann infrarote Lichtimpulse 12 in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 aussenden, insbesondere in Richtung eines Objekts 8 in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1, wobei es sich bei dem Objekt 8 beispielsweise um eine statische Referenzstruktur oder ein statisches Objekt in der Umgebung handeln kann.
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Das Licht 12 wird von dem Objekt 8 beispielsweise teilweise reflektiert und reflektierte Anteile 13 des Lichts können das Sensorsystem 2 erreichen. Basierend auf den reflektierten Anteilen 13 kann das Sensorsystem 2 eines oder mehrere Sensorsignale erzeugen.
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Die Sensorvorrichtung 7 weist außerdem eine Recheneinheit 3 auf, die zum Empfangen der Sensorsignale mit dem Sensorsystem 2 gekoppelt ist.
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Optional kann das Kraftfahrzeug 1 ein Fahrzeugzustandssensorsystem 4 aufweisen, welches beispielsweise einen Geschwindigkeitssensor 5 zur Bestimmung einer Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 und/oder einen Gierratensensor 6 zur Bestimmung einer Gierrate des Kraftfahrzeugs 1 aufweisen kann.
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Die Funktionsweise der Sensorvorrichtung 7 wird im Folgenden anhand beispielhafter Ausführungsformen von Verfahren nach dem verbesserten Konzept bezüglich 2 bis 5 näher erläutert.
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In 2 ist ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Abschätzen einer Gierwinkellage es aktiven optischen Sensorsystems 2 nach dem verbesserten Konzept gezeigt.
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In Schritt i des Verfahrens tastet das Sensorsystem 2 die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 ab und erzeugt dabei in aufeinanderfolgenden Messzeiträumen, auch als Frames bezeichnet, jeweilige Punktwolken, welche die Umgebung darstellen. Insbesondere wird dabei in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Frames jeweils eine Position der statischen Referenzstruktur bestimmt. Dies ist schematisch in 3 dargestellt.
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Bei der Referenzstruktur handelt es sich insbesondere um eine in der Fahrbahnebene beziehungsweise der x-y Ebene eines starr mit dem Sensorsystem 2 verbundenen Sensorkoordinatensystems lokalisierte Struktur, beispielsweise um eine Ecke oder Kante eines Gebäudes oder ein pfahlförmiges Objekt, beispielsweise ein Verkehrszeichen.
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In Schritt ii des Verfahrens bestimmt die Recheneinheit 3 aus den mittels des Sensorsystems 2 erzeugten Punktwolken Koordinaten einer Trajektorie 9 der Referenzstruktur in dem Sensorkoordinatensystem. Insbesondere bestimmt die Recheneinheit 3 wenigstens drei Punkte der Trajektorie 9, siehe auch 4 und 5.
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Zudem bestimmt die Recheneinheit 3, ob es sich bei dem Objekt 8 tatsächlich um ein statisches Objekt handelt. Ist dies der Fall, so wird das Objekt 8 zur Bestimmung des Gierwinkels herangezogen. Ansonsten kann das Verfahren bezüglich eines weiteren Objekts wieder mit Schritt i beginnen.
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In Schritt iii des Verfahrens konstruiert die Recheneinheit 3 einen Kreis 10 beziehungsweise eine Gerade 10, auf dem die Koordinaten der Trajektorie 9 näherungsweise liegen, wie in 4 und 5. dargestellt. Insbesondere kann die Recheneinheit 3 dazu eine kreisförmige oder geradlinige Regressions- oder Ausgleichskurve bestimmen, um die Koordinaten der Trajektorie 9 bestmöglich anzunähern.
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In Schritt iv des Verfahrens bestimmt die Recheneinheit 3 eine Abweichung des Kreises 10 von der Trajektorie 9 beziehungsweise vergleicht die Abweichung mit einem vorgegebenen Fehlerkriterium, beispielsweise mit einem vorgegebenen Fehlergrenzwert.
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Ist das vorgegebene Fehlerkriterium erfüllt, ist also beispielsweise die Abweichung kleiner als der vorgegebene Fehlergrenzwert, so bestimmt die Recheneinheit 3 in Schritt v des Verfahrens den Gierwinkel des Sensorsystems 2 basierend auf der Orientierung einer Zentralen 11 des Kreises 10 beziehungsweise der Geraden 10, die als Kreis mit unendlichem Radius verstanden werden kann.
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Die Zentrale 11 ist dabei eine Sekante des Kreises 10, die durch den Kreismittelpunkt 14 verläuft, wie in 4 dargestellt. Insbesondere schneiden die Zentrale 11 und die Querachse y des Sensorkoordinatensystems den Kreis 10 in demselben Punkt. Im Grenzfall eines unendlichen Kreisradius, ist die Zentrale 11 eine, insbesondere beliebige, auf der Geraden 10 senkrecht stehende Gerade.
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Der Gierwinkel ist per Konstruktion näherungsweise gleich einem Winkel a, den die Zentrale 11 mit der Querachse y einschließt.
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Der so bestimmte Gierwinkel kann beispielsweise auf einem Speichermedium (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 1, der Recheneinheit 3 oder des Sensorsystems 2 gespeichert werden.
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Die Schritte i bis v des Verfahrens können beispielsweise mehrfach wiederholt werden, um so mehrere Werte für den Gierwinkel zu bestimmen. Die Recheneinheit 3 kann die so bestimmten Werte für den Gierwinkel in Schritt vi des Verfahrens beispielsweise mitteln, um einen Mittelwert für den Gierwinkel zu berechnen.
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Das verbesserte Konzept ermöglicht es, wie beschrieben, die Gierwinkellage des Sensorsystems online nicht nur auf geraden Fahrbahnabschnitten zu bestimmen, sondern auch in Kurven.
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Die Abschätzung der Gierwinkellage nach dem verbesserten Konzept ist umso genauer, je größer der Radius des Kreises ist und je kleiner der laterale Abstand der Referenzstruktur von dem Kraftfahrzeug ist.
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Außerdem erhöht in entsprechenden Ausführungsformen die Anzahl der zur Mittelwertbildung herangezogenen Werte für den Gierwinkel die Genauigkeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0209211 A1 [0003]
